短長徑比圓錐組合孔及心形孔的氣膜冷卻流動(dòng)特性研究

葉 秀， 武美萍， 繆小進(jìn)， 陸佩佩

(江南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇無錫 214122)

隨著航空航天工業(yè)的不斷發(fā)展，航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪入口溫度不斷升高，傳統(tǒng)冷卻結(jié)構(gòu)已無法滿足日益增長的冷卻需求。薄壁雙層壁葉片的壁面厚度較小，可以充分發(fā)揮短距離沖擊冷卻的優(yōu)勢(shì)，大大提升葉片的冷卻性能[1]。與此同時(shí)，較薄的壁面厚度給外部氣膜冷卻帶來了新的問題。氣膜孔長徑比的減小會(huì)使氣膜冷卻的傳熱特性變化較大。此外，受限于氣膜孔的加工工藝，目前氣膜孔結(jié)構(gòu)仍以圓柱孔及其擴(kuò)張孔為主，但圓柱孔射流會(huì)在孔下游形成腎形渦，進(jìn)而卷吸高溫主流，導(dǎo)致冷氣射流抬升，影響氣膜冷卻效果[2]。為降低腎形渦的消極影響，研究人員對(duì)氣膜孔結(jié)構(gòu)展開了研究。張納如等[3]研究了復(fù)合角對(duì)氣膜冷卻效率的影響。Zhang等[4]研究了端壁側(cè)壓力梯度對(duì)復(fù)合角氣膜孔冷卻效率的影響。Abdelmohimen等[5]基于平板試驗(yàn)研究了復(fù)合角和二次孔對(duì)圓柱孔氣膜冷卻效率的影響。Dey等[6-8]研究了圓柱孔、扇形孔和前傾孔在不同吹風(fēng)比下的冷卻、傳熱特性。

圓柱孔及其擴(kuò)張孔雖然在一定程度上改變了射流結(jié)構(gòu)，提升了氣膜冷卻效率，但并未改變孔下游射流的渦旋結(jié)構(gòu)，孔下游后段的氣膜冷卻效果無明顯提升。為此，Kusterer等[9]提出雙射流結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能使氣膜孔下游形成反腎形渦旋，從而抑制氣膜抬升，提高氣膜冷卻效率。Luo等[10]設(shè)計(jì)了5種雙射流結(jié)構(gòu)，并研究了其對(duì)下游端壁氣膜冷卻效率的影響。張玲等[11]研究了不同夾角姊妹孔射流對(duì)氣膜冷卻效率的影響。Priyatham等[12]設(shè)計(jì)了一種具有復(fù)合角主孔、相反復(fù)合角副孔以及孔出口槽結(jié)構(gòu)的氣膜冷卻結(jié)構(gòu)。袁瑞明等[13]通過在氣膜孔出口設(shè)置凹槽、凸片等結(jié)構(gòu)來改變射流的流動(dòng)特性。戴萍等[14]對(duì)圓柱孔、前向擴(kuò)張孔以及縮放槽縫孔的氣膜冷卻效率進(jìn)行了數(shù)值模擬。箭頭孔[15]、抗渦孔結(jié)構(gòu)[16]均可在一定程度上提高氣膜的冷卻特性，但復(fù)雜的孔型不僅增加了零部件的加工難度，也會(huì)造成較大的冷氣摻混損失。為此，肖陽等[17]提出了心形孔的概念，通過2個(gè)復(fù)合角圓柱孔的疊加構(gòu)造單孔，提高了氣膜冷卻特性。

上述氣膜孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要針對(duì)長徑比不低于5的情況，對(duì)于薄壁雙層壁葉片，氣膜孔的長徑比較小，孔內(nèi)射流發(fā)展不充分，出口動(dòng)量增大，這嚴(yán)重影響了氣膜冷卻特性，筆者以短長徑比氣膜孔為研究對(duì)象，以構(gòu)造孔下游腎形渦結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了圓錐組合孔，并對(duì)心形孔[17]進(jìn)行優(yōu)化，分析了在不同吹風(fēng)比下2種氣膜孔的流動(dòng)和冷卻特性，以確定合理的氣膜孔構(gòu)型。

1 模型構(gòu)建及條件設(shè)置

氣膜冷卻平板計(jì)算模型見圖1，其中L1為擴(kuò)張段長度，L為氣膜孔長度,α為傾斜角,D為氣膜孔直徑。模型分為主流通道、冷卻氣流通道和氣膜孔區(qū)域，截取單個(gè)氣膜孔區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，主流和冷卻氣流通道沿流向兩側(cè)壁面設(shè)置為周期性邊界條件，X、Y和Z方向分別為主流流向、展向和氣膜孔高度方向。流體介質(zhì)均設(shè)置為不可壓縮理想氣體，射流與主流的密度比約為1.5。

圖1 氣膜冷卻平板計(jì)算模型

圖2給出了圓錐組合孔和心形孔構(gòu)造方式示意圖。圓錐組合孔的構(gòu)造方式如下：傾角為35°的圓柱孔與擴(kuò)張面S0相交，二者的相交曲線為直徑為D的圓，以擴(kuò)張面S0的圓為起點(diǎn)，沿圓柱孔拉伸方向生成2個(gè)圓錐孔，其擴(kuò)張角為θ，2個(gè)圓錐孔分別向Y軸正、負(fù)方向偏轉(zhuǎn)角度γ。心形孔與圓錐組合孔構(gòu)造方式的區(qū)別在于，心形孔的擴(kuò)張段由擴(kuò)張面S0的圓以偏轉(zhuǎn)角β分別向Y軸正、負(fù)方向以35°的傾斜角拉伸。氣膜孔結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。2種氣膜孔的出口面積保持一致，氣膜孔直徑D=10 mm，傾斜角α=35°，長徑比L/D=2。

(a)圓錐組合孔

表1 氣膜孔結(jié)構(gòu)參數(shù)

由于氣膜孔結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)氣膜孔區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行加密，氣膜孔與主流、冷卻氣流交界面設(shè)置邊界層，第1層網(wǎng)格高度為0.005 mm，網(wǎng)格增長率為1.15，邊界層網(wǎng)格層數(shù)為20，如圖3所示。經(jīng)網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證后，網(wǎng)格數(shù)控制在210萬左右。采用Fluent軟件的分離隱式求解器進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算，湍流模型選用Realizablek-ε模型，壁面采用增強(qiáng)壁面函數(shù)進(jìn)行處理，壓力與速度耦合采用Simple算法，方程離散項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式。主流入口設(shè)置為速度入口邊界條件，主流入口速度為20 m/s，主流湍流度為5%，主流入口溫度為455 K；出口設(shè)置為壓力出口邊界條件，出口壓力為0.1 MPa；冷卻氣流入口設(shè)置為質(zhì)量流量入口邊界條件，其具體數(shù)值根據(jù)吹風(fēng)比M確定，冷卻氣流溫度為300 K，主流區(qū)域底面設(shè)置為絕熱壁面，其余壁面均設(shè)置為壁面邊界條件。吹風(fēng)比分別取0.5、1.0和1.5。

圖3 計(jì)算模型的網(wǎng)格劃分

吹風(fēng)比表征冷卻氣流與主流質(zhì)量流量的比值，即

(1)

式中：Ug為主流入口速度，m/s；ρg為主流密度，kg/m3；Uc為冷卻氣流入口速度，m/s；ρc為射流密度，kg/m3。

用絕熱氣膜冷卻效率η來衡量氣膜冷卻效果。

(2)

式中：Tg為主流入口溫度，K；Tc為冷卻氣流入口溫度，K；Taω為絕熱壁溫，K。

展向平均氣膜冷卻效率ηave,l為：

(3)

式中：n為沿展向取點(diǎn)數(shù)；ηi為第i點(diǎn)的展向氣膜冷卻效率。

2 結(jié)果討論

2.1 流場(chǎng)分析

圖4給出了不同吹風(fēng)比下心形孔中心截面的無量綱速度云圖及流線圖，其中U表示射流軸向速度。吹風(fēng)比為0.5時(shí)，冷卻氣流進(jìn)入心形孔后，由于流道截面尺寸減小，氣流加速并靠近孔后壁流動(dòng)，在入口右側(cè)形成回流區(qū)域；心形孔在中心線距出口0.75D處向兩側(cè)擴(kuò)張，截面尺寸增大，冷卻氣流向孔前側(cè)偏轉(zhuǎn)，速度略有降低。由于吹風(fēng)比較小，射流整體加速作用較弱，在高溫主流的壓迫作用下射流沿出口右側(cè)流出，中心截面出口冷卻射流緊貼壁面。當(dāng)吹風(fēng)比為1.0時(shí)，冷卻氣流在孔入口處明顯加速，尤其在孔入口中心區(qū)域，氣流以較高的速度靠近孔后壁面，孔出口氣流速度較高。在出口擴(kuò)張結(jié)構(gòu)的作用下，孔擴(kuò)張段后壁面射流速度明顯減小，在高溫主流的作用下射流向下偏轉(zhuǎn)，并在孔下游區(qū)域呈現(xiàn)良好的貼壁性。當(dāng)吹風(fēng)比為1.5時(shí)，冷卻氣流在孔入口區(qū)域急劇加速，沿孔流向以較高的速度射出，近出口區(qū)域孔的橫向擴(kuò)張結(jié)構(gòu)雖然在一定程度上降低了射流速度，但孔出口射流速度較大，主流對(duì)射流的偏轉(zhuǎn)作用減弱，孔下游近出口處(X/D<5)射流與主流摻混加劇。從圖4可以看出，由于長徑比較小，冷卻氣流無法充分發(fā)展，孔入口處氣流發(fā)展對(duì)出口射流的冷卻、流動(dòng)特性具有決定作用，而吹風(fēng)比對(duì)孔入口氣流流動(dòng)特性有重要影響。

(a)M=0.5

圖5給出了不同吹風(fēng)比下圓錐組合孔中心截面的無量綱速度云圖及流線圖。從圖5可以看出，與心形孔相比，圓錐組合孔內(nèi)冷卻氣流流動(dòng)特性的變化趨勢(shì)與其一致，但射流速度明顯較小。當(dāng)吹風(fēng)比為0.5時(shí)，冷卻氣流在靠近孔后壁流入，在氣膜孔擴(kuò)張段向其前壁偏轉(zhuǎn)，在擴(kuò)張段氣流在前壁面沿展向擴(kuò)展，出口射流動(dòng)量較低。當(dāng)吹風(fēng)比為1.0時(shí)，冷卻氣流沿孔后壁以較高的速度射出，在前壁近孔入口處形成回流區(qū)，出口射流動(dòng)量較大，主流對(duì)射流的偏轉(zhuǎn)作用減弱。當(dāng)吹風(fēng)比1.5時(shí)，孔入口處氣流加速較快，前壁回流區(qū)擴(kuò)大，出口射流動(dòng)量較大，中心截面射流貼壁性較差。由圖4和圖5可知，當(dāng)吹風(fēng)比較小時(shí)，由于心形孔結(jié)構(gòu)的展向擴(kuò)張范圍較大，其擴(kuò)張段能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻氣流的偏轉(zhuǎn)，在一定程度上提高了射流的貼壁性，同時(shí)心形孔的展向擴(kuò)張減小了射流法向速度分量，有利于提高射流的貼壁性；吹風(fēng)比較小時(shí)，由于孔擴(kuò)張角的存在，氣流可在孔內(nèi)往流向偏轉(zhuǎn)，因此孔下游射流貼壁性較好。當(dāng)吹風(fēng)比較大時(shí)，由于圓錐組合孔長徑比較小，氣流未得到充分發(fā)展，氣流沿后壁以較高的速度射出，孔的流向擴(kuò)張結(jié)構(gòu)對(duì)射流流動(dòng)特性影響較小，對(duì)展向擴(kuò)張的影響較大。

(a)M=0.5

不同吹風(fēng)比下心形孔下游X/D=5橫截面處的溫度云圖、速度矢量圖以及渦旋結(jié)構(gòu)示意圖分別見圖6和圖7。當(dāng)吹風(fēng)比為0.5時(shí)，射流覆蓋范圍主要集中在兩側(cè)，氣膜孔下游中心區(qū)域氣膜覆蓋范圍較小。由于心形孔可近似看作由2個(gè)復(fù)合角圓柱孔組合而成，當(dāng)吹風(fēng)比為0.5時(shí)心形孔的氣膜覆蓋特性與復(fù)合角圓柱孔一致，復(fù)合角圓柱孔偏轉(zhuǎn)側(cè)射流作用增強(qiáng)，射流結(jié)構(gòu)呈典型非對(duì)稱渦旋結(jié)構(gòu)。在復(fù)合角圓柱孔的組合作用下，心形孔下游射流結(jié)構(gòu)由2個(gè)相同的非對(duì)稱渦旋結(jié)構(gòu)組合而成，形成了內(nèi)部的反腎形渦旋結(jié)構(gòu)以及外側(cè)的單支內(nèi)卷渦旋結(jié)構(gòu)，一定程度上提高了心形孔中心區(qū)域的射流覆蓋范圍。當(dāng)吹風(fēng)比為1.0時(shí)，氣膜覆蓋厚度明顯增大，X/D=5橫截面處的中心區(qū)域射流結(jié)構(gòu)仍是反腎形渦旋結(jié)構(gòu)，渦旋之間的距離較吹風(fēng)比為0.5時(shí)更小，反腎形渦和兩側(cè)單向渦旋間在近壁處分別形成了較小的渦旋，卷吸高溫主流并擠壓射流區(qū)域，降低了氣膜的橫向覆蓋范圍。當(dāng)吹風(fēng)比為1.5時(shí)，射流呈現(xiàn)典型的腎形渦結(jié)構(gòu)，渦旋間距離較大，主流與射流摻混加劇，氣膜受到嚴(yán)重?cái)D壓，氣膜覆蓋范圍明顯減小。由此可見，射流渦旋結(jié)構(gòu)不僅與氣膜孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與吹風(fēng)比密切相關(guān)。

圖6 不同吹風(fēng)比下心形孔在X/D=5橫截面處的溫度云圖和速度矢量圖

(a)M=0.5

不同吹風(fēng)比下圓錐組合孔在X/D=5橫截面處的溫度云圖、速度矢量圖以及渦旋結(jié)構(gòu)示意圖分別見圖8和圖9。當(dāng)吹風(fēng)比為0.5時(shí)，圓錐組合孔的渦旋結(jié)構(gòu)與心形孔類似，但其中間區(qū)域反腎形渦旋間距離很小，這在一定程度上減小了中間區(qū)域的氣膜覆蓋范圍，射流向兩側(cè)擴(kuò)散，兩側(cè)氣膜覆蓋寬度和氣膜厚度較心形孔略減小。當(dāng)吹風(fēng)比為1.0時(shí)，圓錐組合孔的射流結(jié)構(gòu)與心形孔類似，但其中間區(qū)域的腎形渦結(jié)構(gòu)距離較小，氣膜覆蓋寬度及厚度較心形孔更小，射流耗散較大。當(dāng)吹風(fēng)比為1.5時(shí)，與心形孔相似，圓錐組合孔的射流下游為典型的腎形渦結(jié)構(gòu)，渦旋距離較大且其高度抬升，渦旋間氣膜覆蓋性較好，但可以預(yù)見隨著下游腎形渦結(jié)構(gòu)的發(fā)展，氣膜孔下游氣膜將出現(xiàn)明顯抬升，氣膜覆蓋性較差?？傮w來看，心形孔下游的氣膜結(jié)構(gòu)發(fā)展較圓錐組合孔更好。

圖8 不同吹風(fēng)比下圓錐組合孔在X/D=5截面處的溫度云圖和速度矢量圖

(a)M=0.5

2.2 氣膜孔內(nèi)渦旋結(jié)構(gòu)分析

為分析氣膜孔內(nèi)渦旋結(jié)構(gòu)的形成，有必要針對(duì)氣膜孔內(nèi)的氣流流動(dòng)特性展開研究。如圖10所示，截取氣膜孔內(nèi)S1～S5截面進(jìn)行分析。各截面均與氣膜孔傾斜角垂直，S1截面過氣膜孔底面圓弧中心，S2～S5截面距S1截面距離分別為0.5D、1D、1.5D和2D。

圖10 氣膜孔內(nèi)S1～S5截面的位置示意圖

圖11給出了心形孔孔內(nèi)S1～S5截面的無量綱軸向渦量云圖。如圖11所示，在心形孔入口壁面的刮擦作用下，冷卻氣流在S1～S2截面前后兩壁面產(chǎn)生渦對(duì)，其方向與心形孔下游射流腎形渦方向一致，但渦旋間距離較大，渦旋作用較弱。在S3截面處，心形孔后壁高速流體向前壁偏移，2個(gè)渦旋向前壁移動(dòng)、聚集，渦旋強(qiáng)度增大。當(dāng)吹風(fēng)比為0.5時(shí)，S4截面處氣流沿心形孔復(fù)合角方向和心形孔前壁偏移，冷卻流體整體速度較低，渦旋強(qiáng)度減小，在S5截面處流體沿復(fù)合角方向向前壁偏移，在前壁出口區(qū)域形成強(qiáng)度稍弱的渦對(duì)，其結(jié)構(gòu)與心形孔下游反腎形渦旋結(jié)構(gòu)一致。當(dāng)吹風(fēng)比為1.0時(shí)，S3截面處冷卻流體向心形孔前壁偏移，S4截面處形成的渦對(duì)向心形孔前壁移動(dòng)靠近，相互誘導(dǎo)作用增強(qiáng)，渦旋強(qiáng)度增大，在S5截面處的渦對(duì)向心形孔后壁移動(dòng)，中心區(qū)域渦旋強(qiáng)度減小，前后壁面形成1對(duì)距離較遠(yuǎn)、強(qiáng)度較大的反向渦對(duì)。冷卻氣流經(jīng)S5截面射出，在2個(gè)渦對(duì)的共同作用下，心形孔下游中心區(qū)域形成反腎形渦旋結(jié)構(gòu)。當(dāng)吹風(fēng)比為1.5時(shí)，S1～S3截面的冷卻流體以較高速度靠近心形孔后壁面，在S2截面形成渦對(duì)，由于冷卻流體整體速度較高，渦旋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱。在S3～S5截面處，冷卻流體向低速區(qū)域移動(dòng)，在S5截面中心展向兩側(cè)壁面形成強(qiáng)度很小的渦對(duì)，進(jìn)而在心形孔下游形成典型的腎形渦結(jié)構(gòu)，2個(gè)渦旋強(qiáng)度較弱且距離較遠(yuǎn)，渦旋中心較高，這與上文結(jié)果一致。

圖11 不同吹風(fēng)比下心形孔孔內(nèi)S1～S5截面的無量綱軸向渦量云圖

圖12給出了圓錐組合孔孔內(nèi)S1～S5截面的無量綱軸向渦量云圖。如圖12所示，在S1和S2截面處，冷卻流體沖向孔后壁，在孔后壁形成強(qiáng)度較大的渦對(duì)，隨著高速流體向前壁偏移，S3截面內(nèi)渦旋結(jié)構(gòu)向孔前壁偏移，渦旋強(qiáng)度減弱，當(dāng)吹風(fēng)比為0.5時(shí)，S5截面近中心處形成一對(duì)強(qiáng)度較大的反向?qū)ΨQ渦旋，渦旋距離較近，進(jìn)而在孔下游形成反腎形渦旋結(jié)構(gòu)，2個(gè)渦旋間距較短，渦旋中心較高。當(dāng)吹風(fēng)比為1.0時(shí)，隨著氣膜孔沿展向和流向擴(kuò)展，渦旋沿壁面向孔前壁擴(kuò)展，渦旋強(qiáng)度減弱，在S5截面中心區(qū)域形成強(qiáng)度較弱的渦旋結(jié)構(gòu)，這與孔下游中心區(qū)域的反腎形渦旋特征吻合。當(dāng)吹風(fēng)比為1.5時(shí)，S5截面中心處在展向兩側(cè)壁面形成強(qiáng)度較弱的反向?qū)ΨQ渦旋，這與圖9(c)中的渦旋特征吻合。上述分析表明，圓錐組合孔下游渦旋結(jié)構(gòu)與出口截面的渦旋結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，渦旋高度與孔內(nèi)渦旋距孔前壁的距離有關(guān)，氣膜渦旋間距與孔內(nèi)渦旋間距直接相關(guān)。

圖12 不同吹風(fēng)比下圓錐組合孔孔內(nèi)S1～S5截面的無量綱軸向渦量云圖

圖13給出了心形孔和圓錐組合孔出口截面Z向的速度云圖。如圖13所示，當(dāng)吹風(fēng)比為0.5時(shí)Z向速度較小，主流對(duì)射流的偏轉(zhuǎn)作用較強(qiáng)，射流貼壁性較好；當(dāng)吹風(fēng)比為1.0時(shí)，心形孔出口截面高速區(qū)域主要集中在孔前壁，圓錐組合孔出口截面高速區(qū)域集中在孔后壁面；當(dāng)吹風(fēng)比為1.5時(shí)，心形孔出口截面高速區(qū)域沿流向呈擴(kuò)散狀分布，孔前壁氣流速度最大，圓錐組合孔出口截面高速區(qū)域集中在孔后壁。整體而言，圓錐組合孔出口截面Z向速度更均勻，而心形孔的展向擴(kuò)張更能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，出口射流沿展向覆蓋范圍較大。

(a)心形孔、M=0.5

2.3 冷卻效率

圖14給出了心形孔和圓錐組合孔的氣膜冷卻效率云圖。從圖14可以看出，當(dāng)吹風(fēng)比為1.0時(shí)2種氣膜孔的氣膜冷卻效率均較高，且氣膜沿流向的持續(xù)覆蓋能力較好。當(dāng)吹風(fēng)比為0.5時(shí)，射流的展向覆蓋范圍較大，孔出口兩側(cè)近出口處氣膜冷卻效率較高，但受限于冷卻氣流質(zhì)量流量較小，氣膜覆蓋層較薄，射流耗散較為嚴(yán)重，整體氣膜冷卻效率較低。當(dāng)吹風(fēng)比為1.5時(shí)，2種孔的氣膜冷卻效率云圖與圓柱孔類似，呈現(xiàn)“漏斗”狀，相較于圓柱孔，圓錐組合孔出口處的流向擴(kuò)張?jiān)鰪?qiáng)了出口射流的貼壁性，氣膜冷卻效率較高。

(a)心形孔、M=0.5

圖15給出了不同吹風(fēng)比下心形孔和圓錐組合孔的展向平均氣膜冷卻效率變化曲線。從圖15可以看出，當(dāng)吹風(fēng)比為0.5時(shí)，心形孔的展向平均氣膜冷卻效率較高；當(dāng)吹風(fēng)比為1.0時(shí)，心形孔和圓錐組合孔的展向平均氣膜冷卻效率均較高，展向平均氣膜冷卻效率沿主流方向的變化較為平緩，相較于圓錐組合孔，心形孔展向平均氣膜冷卻效率高出約8%,其射流沿主流方向的持續(xù)性也更好。當(dāng)吹風(fēng)比為1.5時(shí)，心形孔的展向平均氣膜冷卻效率較吹風(fēng)比為0.5時(shí)更低，且其展向平均氣膜冷卻效率沿流向衰減較快，圓錐組合孔展向平均氣膜冷卻效率僅在X/D<5的近出口區(qū)域處高于吹風(fēng)比為0.5的工況，其展向平均氣膜冷卻效率沿流向衰減速度也較高。吹風(fēng)比為1.5時(shí)，相較于心形孔，圓錐組合孔的展向平均氣膜冷卻效率較高。

圖15 不同吹風(fēng)比下的氣膜孔側(cè)向平均氣膜冷卻效率曲線

3 結(jié) 論

(1)氣膜孔入口處冷卻氣流的發(fā)展對(duì)出口射流的冷卻、流動(dòng)特性具有決定作用，而吹風(fēng)比對(duì)氣膜孔氣流的冷卻、流動(dòng)特性有重要影響。

(2)氣膜孔下游渦旋結(jié)構(gòu)與出口截面的渦旋結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，渦旋高度與孔內(nèi)渦旋距氣膜孔前壁的距離有關(guān)，氣膜渦旋間距與孔內(nèi)渦旋間距直接相關(guān)。

(3)短長徑比下，孔內(nèi)冷卻氣流無法得到充分發(fā)展，當(dāng)吹風(fēng)比較高時(shí)，氣膜孔的展向擴(kuò)張對(duì)氣膜冷卻效率起主導(dǎo)作用，氣膜孔沿流向的擴(kuò)張結(jié)構(gòu)對(duì)冷卻氣流流動(dòng)特性的影響較小。

(4)當(dāng)吹風(fēng)比為1.0時(shí)，心形孔的展向平均氣膜冷卻效率較圓錐組合孔高約8%。心形孔沿流向的射流持續(xù)性較好，流向氣膜冷卻效率變化較小。